Los seres vivos usan el ADN para almacenar la información genética que produce cada planta, bacteria, y ser humano único. La reproducción de esta información es posible porque los nucleótidos del ADN, A y T, G's y C's:encajan perfectamente, como hacer coincidir las piezas de un rompecabezas. Los ingenieros pueden aprovechar la coincidencia entre cadenas largas de nucleótidos de ADN para usar el ADN como una especie de origami molecular, doblándolo en todo, desde ilustraciones de caritas sonrientes a nanoescala hasta serios dispositivos de administración de medicamentos.

Paul Rothemund analiza el potencial de tales técnicas. Rothemund es profesor de investigación de bioingeniería, ciencias de la computación y matemáticas, y computación y sistemas neuronales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech.

¿A qué te dedicas?

Utilizo ADN y ARN como materiales de construcción para crear formas y patrones con una resolución de unos pocos nanómetros. Las características más pequeñas en las estructuras de ADN que hacemos son aproximadamente 20, 000 veces más pequeño que los píxeles en las pantallas de computadora más elegantes, que son cada uno de aproximadamente 80 micrones de ancho. Una gran parte de nuestro trabajo durante los últimos 20 años ha consistido simplemente en descubrir cómo hacer que las hebras de ADN o ARN se plieguen en la forma deseada diseñada por computadora. A medida que dominamos la capacidad de hacer cualquier forma o patrón que deseemos, hemos pasado a utilizar estas formas como "tableros de clavijas" para organizar otros objetos de tamaño nanométrico, como las enzimas proteicas, transistores de nanotubos de carbono, y moléculas fluorescentes.

¿Porque es esto importante?

Cada tarea en tu cuerpo desde digerir los alimentos hasta mover los músculos y sentir la luz, funciona con diminutas máquinas biológicas a escala nanométrica, todo construido "de abajo hacia arriba" a través del auto-plegado de moléculas como proteínas y ARN. Los miles de millones de transistores que componen los chips de nuestros teléfonos móviles y computadoras tienen un tamaño de decenas de nanómetros, pero se construyen de forma "de arriba hacia abajo" utilizando sofisticados procesos de impresión en fábricas de miles de millones de dólares. Nuestro objetivo es aprender a construir dispositivos artificiales complejos de la misma forma en que la biología construye los naturales, es decir, partiendo de moléculas auto-plegables que se ensamblan en estructuras más grandes y complejas. Además de dispositivos mucho más baratos, esto permitirá aplicaciones completamente nuevas, como máquinas moleculares artificiales que pueden tomar decisiones terapéuticas complejas y aplicar medicamentos solo donde sea necesario.

¿Cómo entraste en esta línea de trabajo?

Como estudiante de Caltech, Tuve grandes dificultades para decidir cómo combinar mis diversos intereses en informática, química, y biología. Afortunadamente, el difunto Jan L. A. van de Snepscheut presentó en su clase de informática la idea hipotética de construir una máquina de Turing de ADN, una máquina muy simple que, sin embargo, puede ejecutar todos los programas informáticos posibles. Nos desafió, sugiriendo que alguien que supiera tanto de bioquímica como de informática podría encontrar una forma concreta de construir una computadora de ADN de este tipo. Para una clase de proyecto en teoría de la información con Yaser Abu-Mostafa, profesor de ingeniería eléctrica e informática, Se me ocurrió una bastante ineficiente, aún posible, forma de hacer esto. En el momento, No podía interesar a ningún profesor de Caltech en construir mi computadora de ADN, pero poco después El profesor de la USC, Len Adleman, publicó un artículo sobre una computadora de ADN más práctica en Ciencias . Me uní al laboratorio de Adleman en la USC como estudiante de posgrado, y he estado tratando de usar el ADN para construir computadoras u otros dispositivos complejos desde entonces. Regresé a Caltech como postdoctorado en 2001 y me convertí en profesor de investigación en 2008.